Naprzemiennie bieżące obwody, aplikacje, przykłady

Obwody prądowe naprzemienne albo Obwody CA Składają się z kombinacji elementów rezystancyjnych, indukcyjnych i pojemnościowych, w połączeniu z alternatywnym źródłem napięcia, które zwykle jest sinusoidalne.

Podczas stosowania napięcia ustanowiono prąd zmienny przez krótki czas, zwany prądem przejściowym, który ustępuje miejsca sinusoidalnego prądu stacjonarnego.

Naprzemienny obwód prądowy

Prąd sinusoidalny ma wartości naprzemienne między dodatnimi i ujemnymi, zmieniającymi się na regularne odstępy określone przez wcześniej ustaloną częstotliwość. Forma prądu jest wyrażona jako:

I (t) = i_M Sen (ωt --ój)

Gdzie ja_M Jest to maksymalny prąd lub amplituda prądu, ω jest częstotliwością, T Jest czas i φ różnica fazowa. Jednostki powszechnie stosowane dla prądu to wzmacniacze (a) i jego podmiotowe, takie jak Milliamperium i Microamperium.

Ze swojej strony czas mierzy się w sekundach, ponieważ częstotliwość są hertzio lub hertz, skrócony HZ, podczas gdy różnica fazowa jest kątem, który jest zwykle mierzony w radianach, chociaż czasami występuje w stopniach. Ani ci, ani radianie nie są uważani za jednostki.

Symbol używany do alternatywnego źródła napięcia

Często napięcie alternatywne jest symbolizowane z falą wewnątrz koła, aby odróżnić go od bezpośredniego napięcia, symbolizowanego przez dwie nierówne i równoległe linie.

[TOC]

Rodzaje naprzemiennych obwodów prądowych

Istnieje wiele rodzajów obwodów prądowych naprzemiennych, zaczynając od najprostszych obwodów pokazanych na poniższym rysunku. Od lewej do prawej mają:

-Szacunek z oporem r

-Obwód z cewką L

-Obwód z kondensatorem C.

Od lewej do prawej: obwód rezystancyjny, indukcyjny i końcowy. Źródło: f. Zapata.

Obwód z elementem rezystancyjnym

W obwodzie z rezystancją R podłączoną do alternatywnego źródła napięcia napięcie rezystancyjne wynosi v_R = V_M Sen ωt. Przez prawo OHM, które jest również ważne dla czysto rezystancyjnych obwodów prądu naprzemiennego:

V_R = I_R∙ r

Dlatego maksymalny prąd i_M = V_M /R.

Zarówno prąd, jak i napięcie są w fazie, co oznacza, że ​​osiągają swoje maksymalne wartości, a także 0, jednocześnie.

W czysto oporowym obwodzie prądu naprzemiennego prąd i rezystancja są w fazie. Źródło: f. Zapata.

Obwód elementu indukcyjnego

W cewce l napięcie wynosi v_L = V_M Sen ωt i jest związany z prądem indukcyjnym przez równanie:

Integracja:

Dla właściwości powodów trygonometrycznych, i_L Jest napisany w kategoriach sin ωt jako:

Siema_L = I_M sin (ωt - ½ π)

Może ci służyć: naturalne satelity

Następnie napięcie i prąd są przestarzałe, ten ostatni opóźniony ½ π = 90º w odniesieniu do napięcia (prąd zaczyna się wcześniej, będąc t = 0 s punkt początkowy). Jest to widoczne na poniższym rysunku w porównaniu z sinusoidą i_L i V V_L:

Napięcie alternatywne i prąd w czysto indukcyjnym obwodzie prądu naprzemiennego. Źródło: f. Zapata.

Reaktywność indukcyjna

Reaktancja indukcyjna jest zdefiniowana jako x_L = Ωl, często wzrasta i ma wymiary rezystancji, a zatem analogicznie z prawem Ohma:

V_L = I_L ∙ x_L

Obwód z elementem pojemnościowym

W przypadku casser C podłączonego do naprzemiennego prądu źródła spełnia się, że:

Q = c ∙ v_C = C ∙ v_M Sen ωt

Prąd w skraplaczu wyprowadza obciążenie w odniesieniu do czasu:

Siema_C= ωc ∙ v_M cos ωt

Ale cos ωt = sin (ωt + ½ π), następnie:

Siema_C = Ωcv_M sin (ωt+ ½ π)

W takim przypadku prąd przesuwa się do napięcia w ½ π, jak widać z grafiki.

Napięcie i prąd w alternatywnym obwodzie z elementem czysto pojemnościowym. Źródło: f. Zapata.

Reaktancja pojemnościowa

Reaktancję pojemnościową można napisać x_C = 1/ωc, maleje wraz z częstotliwością, a także ma jednostki rezystancyjne, to znaczy omów. W ten sposób prawo Ohma jest takie:

V_C = X_C.Siema_C

Aplikacje

Michael Faraday (1791–1867) jako pierwszy uzyskał prąd, który okresowo zmienił swoje znaczenie, poprzez eksperymenty indukcyjne, chociaż na początku zastosowano tylko prąd stały.

Pod koniec XIX wieku nastąpiła dobrze znana wojna prądów, między Thomasem. Edison, obrońca korzystania z prądu stałego i George Westinghouse, zwolennik prądu naprzemiennego. Wreszcie był ten, który wygrał według ekonomii, wydajności i łatwości transmisji z niewielkimi stratami.

Z tego powodu do tej pory prąd, który przychodzi do domów i branż na przemian, chociaż użycie prądu stałego nigdy nie zniknęło całkowicie.

Prąd naprzemiennie jest używany do prawie wszystkiego, aw wielu zastosowaniach stała zmiana kierunku prądu przemiennego nie jest istotna, taka jak żarówki, żelazo lub róg gotowania, ponieważ ogrzewanie elementu rezystancyjnego nie zależy od tego kierunek ruchu obciążeń.

Z drugiej strony fakt, że prąd zmienia znaczenie z pewną częstotliwością, jest podstawą silników elektrycznych i różnych bardziej szczegółowych zastosowań, takich jak następujące:

Może ci służyć: propagacja dźwięku

Obwody Pelfming

Obwody, które składają się z alternatywnego źródła podłączonego do oporu i kondensatora szeregowego, są znane jako obwody serii RC i są używane do wyeliminowania niechcianych lasów w innym obwodzie lub dodanie do tego specjalnego efektu.

Służą również jako dzielniki napięcia i dostrajają się w stacjach radiowych (patrz przykład 1 w następnej sekcji).

Obwody typu mostu

Obwody mostowe zasilane prądem naprzemiennym można użyć do pomiaru pojemności lub indukcyjności, w taki sam sposób, w jaki stosuje się most pszenicy, dobrze znany obwód prądu stałego zdolny do pomiaru wartości nieznanej rezystancji.

Przykłady naprzemiennych obwodów prądowych

W poprzednich sekcjach opisano najprostsze obwody prądu naprzemiennego, chociaż oczywiście podstawowe elementy opisane powyżej, a także inne nieco bardziej złożone jak diody, wzmacniacze i tranzystory, aby wymienić kilka, można połączyć, aby uzyskać różne efekty, aby uzyskać różne efekty, aby uzyskać różne efekty, aby uzyskać różne efekty.

Przykład 1: obwód RLC

Jeden z najczęstszych obwodów w AC Jest to ten, który obejmuje oporność R, cewkę lub induktor L oraz serię C kondensator lub kondensator z naprzemiennym źródłem prądu.

Obwód RLC w szeregu zasilany naprzemiennym źródłem prądu. Źródło: f. Zapata.

Obwody serii RLC reagują szczególnie na częstotliwość alternatywnego źródła, z którym są karmione. Dlatego jedna z najciekawszych aplikacji jest jak obwody dostrojone radiowo.

Sygnał radiowy często generuje prąd o tej samej częstotliwości w obwodzie specjalnie zaprojektowanym do służenia jako odbiornik, a amplituda tego prądu jest maksymalna, jeśli odbiornik jest dostrojony z tą częstotliwością, poprzez efekt zwany rezonans.

Obwód odbierający służy jako tuner, ponieważ jest zaprojektowany tak, aby sygnały niechcianych częstotliwości generowały bardzo małe prądy, które nie są wykrywane przez głośniki radiowe i dlatego nie są słyszalne. Z drugiej strony, do częstotliwości rezonansowej, amplituda prądu osiąga maksimum, a następnie sygnał jest wyraźnie słyszany.

Częstotliwość rezonansu występuje, gdy wyrównane są reaktancje indukcyjne i pojemnościowe obwodu:

X_L = X_C

1/ωc = ωl

Ω² = 1/lc

Mówi się, że stacja radiowa z sygnałem częstotliwości ω jest „dostrojona”, a wartości L i C są wybierane dla tej pewnej częstotliwości.

Może ci służyć: normalny wysiłek: z czego składa się, jak jest obliczane, przykłady

Przykład 2: Obwód RLC równolegle

Obwody RLC równolegle mają również pewne odpowiedzi zgodnie z częstotliwością źródłową, która zależy od reaktancji każdego z elementów, zdefiniowanych jako przyczynę między napięciem a prądem.

Obwód RLC równolegle podłączony do naprzemiennego źródła prądu. Źródło: f. Zapata.

Ćwiczenie rozwiązane

W obwodzie LRC w serii 1 poprzedniej sekcji oporność jest warta 200 omów, indukcyjność 0.4 godziny, a skraplacz wynosi 6 μf. Ze swojej części zasilacz jest napięciem alternatywnym równym 30 V, często 250 rad/s. Jest proszony o znalezienie:

a) Reaktancje każdego elementu

b) wartość modułu impedancji obwodu.

c) amplituda prądu

Rozwiązanie

Odpowiednie reaktancje są obliczane za pomocą wzorów:

X_C = 1/ωc = 1/(250 rad/s x 6 x10^-6 F) = 666,67 Ohm

X_L = ΩL = 250 rad/s x 0.4 H = 100 Ohm

A reaktancja oporu jest równoważna jej wartości w omach:

X_R = R = 200 omów

Rozwiązanie b

Impedancja Z jest definiowana jako przyczyna między napięciem a prądem w obwodzie, w szeregu lub równolegle:

Z = v_M / SIEMA_M

Impedancja jest mierzona w omach, a także w oporności lub reaktancji, ale odnosi się do sprzeciwu wobec przejścia prądu indukcyjności i kondensatorów, biorąc pod uwagę, że oprócz ich konkretnych skutków, takich jak opóźnienie lub przejście do napięcia, także one również one mają pewien wewnętrzny opór.

Można wykazać, że dla obwodu serii RLC moduł impedancji jest podany przez:

Podczas oceny wartości podanych w oświadczeniu jest uzyskiwane:

Rozwiązanie c

Z:

Z = v_M / SIEMA_M

Musi;

Siema_M = V_M / Z = 30 V / 601 oms = 0.05 a.

Interesujące tematy

Różnice między prądem naprzemiennym a prądem stałym

Bibliografia

1. Alexander, c. 2006. Podstawy obwodów elektrycznych. 3. Wydanie. MC Graw Hill.
2. Boylestad, r. 2011. Wprowadzenie do analizy obwodów.2. Wydanie. osoba.
3. Figueroa, zm. (2005). Seria: Fizyka nauk i inżynierii. Tom 6. Elektromagnetyzm. Pod redakcją Douglas Figueroa (USB).
4. Sears, Zemansky. 2016. Fizyka uniwersytecka z nowoczesną fizyką. 14. Wyd. Tom 1. osoba.
5. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fizyka nauk i inżynierii. Tom 1. 7th. Wyd. Cengage Learning.